Antarktiksen löytäminen merkitsi uudenlaisen tieteellisen ajattelun alkua, joka johti jäätikkötieteen syntyyn. Kaksisataa vuotta sitten kapteeni James Cook oli ensimmäinen, joka purjehti etelänapapiirin sisäpuolelle. Hänen matkansa, alun perin määrättynä kartoittamaan mahdollinen "Terra Australis", jäi ilman varsinaista mantereen löytöä, mutta antoi alkusysäyksen myöhemmille tutkimusmatkoille.

James Clark Ross, brittiläinen meriupseeri, havaitsi Rossinmeren ja Rossin jäähyllyn sekä näki Transantarktiset vuoret. Ensimmäinen maihinnousu mantereelle on kirjattu norjalaisen valaanpyytäjän Alexander von Tunzelmannin johtamalle retkelle vuonna 1895. On kuitenkin mahdollista, että amerikkalainen John Davis oli ehtinyt maihin jo vuonna 1821. Nämä varhaiset tutkimukset johtivat lopulta historiallisille Etelänavan valloitusmatkoille – Robert Falcon Scottin ja Roald Amundsenin retkikunnat vuosina 1910–13 muodostavat tämän aikakauden huipun.

Tieteellinen työ alkoi toden teolla Rossin ja Scottin retkikunnissa. Heidän havaintonsa kasvilajistosta, säätiloista ja geologiasta loivat perustan myöhemmille tutkimuksille. Ensimmäisen maailmansodan jälkeen useat valtiot alkoivat järjestelmällisiä tutkimuksia ja perustivat yhteistyöelimiä datan keruuseen. Vuoden 1957–58 kansainvälisen geofysikaalisen vuoden aikana 12 valtiota teki tieteellistä yhteistyötä 44 tukikohdassa, ja tämä huipentui Antarktiksen sopimukseen vuonna 1959. British Antarctic Survey perustettiin vuonna 1962.

Vostokin tutkimusasemalla poratut jääkairanäytteet ulottuvat 800 000 vuoden taakse. Ilmakuplien kemiallinen analyysi mahdollistaa sekä ilmakehän koostumuksen että lämpötilan rekonstruoinnin eri aikakausina. Vastaavat poraukset Grönlannin jäätiköltä ovat tuoneet yhtä merkittäviä havaintoja. Vuonna 1995 porattiin näytteet keskeltä jäätikköä aina kallioon saakka – 3 029 metrin syvyydestä, ikä noin 123 000 vuotta. Grönlannin tieteellinen tutkimus alkoi jo 1878 mineraalietsintöjen yhteydessä, mutta kansainväliset napaohjelmat vuosina 1882–83 ja 1932–33 nostivat alueen kansainväliseen tieteelliseen tietoisuuteen.

Grönlannin ja Antarktiksen jäätiköityminen ei alkanut samanaikaisesti. Antarktiksen etelänavan läheisillä saarilla on merkkejä jäätiköitymisestä jo 25 miljoonaa vuotta sitten, kun taas Baffininlahdella Grönlannin rannikolla vanhimmat merkit ajoittuvat noin kolmeen miljoonaan vuoteen. On kuitenkin todennäköistä, että mannerjää Grönlannissa alkoi kertyä aikaisemmin kuin merenpohjan sedimentit osoittavat.

Näiden kahden maanosan eroavaisuudet eivät rajoitu historiaan vaan ulottuvat geologiseen perustaan. Antarktiksen jäätikön keskimääräinen korkeus merenpinnasta on 2 500 metriä – se on maailman korkein maanosa. Sen jäätikön paksuus on niin massiivinen, että vasta 1950-luvulla geofysikaaliset menetelmät paljastivat jääkannen alapuolisen maamassan. Alusmaa muodostuu monimuotoisesta kallioperästä, ja sen pinnanmuodot ovat jyrkempiä kuin Grönlannissa – alin kohta on 2 496 metriä merenpinnan alapuolella ja korkein, Vinson Massif, kohoaa 4 892 metriin. Relieefi on lähes Himalajan mittakaavaa.

Yllättäen yksi maailman suurimmista vulkaanisista maakunnista sijaitsee Länsi-Antarktiksen repeämäalueella, Rossinmerestä Weddellinmerelle ulottuvalla 2 500 kilometrin laajuisella vyöhykkeellä. 138 tunnistetusta tulivuoresta ainakin 21 on aktiivisia. Useimmat niistä ovat jään alla, mutta ne on havaittu jääpenetrantin tutkan avulla. Alueella on kohonnut lämpövuon taso, joka selittyy ohuella kuorella ja kuumalla vaipalla.

Transantarktiset vuoret, pituudeltaan 3 500 km, jakavat mantereen itäiseen ja läntiseen osaan. Itä-Antarktiksen alueella piilossa jään alla sijaitsee myös Gamburtsevin vuoristo, jonka alkuperä ja olemassaolo olivat pitkään tieteelli

Mikä määrittää merenpohjan topografian ja miten vulkaaninen toiminta muovaa valtamerten syvyyksiä?

Merenpohjan topografia on monisyinen kokonaisuus, joka muodostuu sekä merenpohjan että siihen liittyvien maanpinnan korkeuksien yhteisvaikutuksesta. Esimerkiksi saaren ympärillä merenpohja voi pudota jopa 4200 metrin syvyyteen, jolloin kokonaisreliefi voi olla yli 8200 metriä, mikä on huomattavasti enemmän kuin Mount Everestin nousu Nepalin tasangolta. Tämä osoittaa, että valtamerien syvyydet ja merenpohjan muodot voivat ylittää monin verroin maanpinnan korkeuserot.

Merenpohjan korkeimmat kohdat ovat usein keskiselänteitä, jotka muodostavat maailmanlaajuisen verkoston, joka ulottuu jopa 65 000 kilometrin matkalle. Näiden selänteiden rinteet nousevat merenpohjasta usein 2000–3000 metrin korkeuteen 500–800 kilometrin matkalla, mikä vastaa esimerkiksi matkaa Lontoosta Edinburghiin. Selänteillä esiintyy tyypillisesti keskilaaksoja, joiden syvyys voi olla jopa 3 kilometriä, ja joiden leveys on kymmeniä kilometrejä. Tämän topografian ymmärtäminen on olennaista, koska ne kuvaavat merenpohjan jatkuvaa muovautumista, joka liittyy mannerlaattojen liikkeisiin ja kuuman magman nousuun vaipasta.

Tämän aktiivisen geologisen toiminnan seurauksena laattaliikkeet vetävät laatoista erilleen, mikä avaa halkeamia keskiselänteillä. Kuuma magma nousee näiden halkeamien kautta muodostaen uutta merenpohjaa, kun taas merivesi tunkeutuu halkeamiin ja kuumenee jopa 370 asteeseen. Kuumentunut vesi liuottaa kiviä ja palaa merenpohjan pinnalle hydrotermisina purkauksina, joista muodostuu ns. mustia ja valkoisia savuttajia. Näiden purkausten ympärillä elää monimutkaisia biologisia yhteisöjä, jotka saavat energiansa maankuoren läpi nousevasta lämmöstä ja bakteeritoiminnasta, eivät auringonvalosta kuten pinnan eliöt.

Monet merenpohjan kohoamat, kuten saarekkeet ja seamountit, ovat vulkaanista alkuperää. Jotkut ovat erillisiä muodostelmia, mutta monet sijaitsevat ketjuina, jotka syntyvät, kun mannerlaatta liikkuu staattisen magmaplumin yli. Tällöin vulkaaniset purkaukset tapahtuvat useissa pisteissä peräkkäin, muodostaen ikäjakauman vulkaanisissa ketjuissa. Toiset vulkaaniset muodostumat sijaitsevat saarikaarissa, joissa laatan alavaippaan syöksyvässä kohdassa sulamisreaktiot synnyttävät magmaa. Näiden prosessien ymmärtäminen on keskeistä valtamerten geologian ja vulkanismin tutkimuksessa.

Sukelluslaavapurkaukset merenpohjassa ovat usein näkymättömiä pinnalta, kunnes purkauksen tuotokset nousevat vedenpintaan, kuten tapahtui vuonna 1963 Islannin etelärannikolla, jolloin syntyi Surtseyn saari. Myöhemmin, vuonna 2022, Tongan saariryhmässä havaittiin dramaattinen merenalainen tulivuorenpurkaus, joka korosti jatkuvan vulkaanisen toiminnan merkitystä valtamerialueilla.

Suuret tuliperäiset maakunnat, kuten Intian Deccan Traps, muodostuvat useiden miljoonien vuosien kuluessa jatkuvista laavapurkauksista. Näillä laavakerrostumilla on merkittävä vaikutus ilmaston ja merien kemiassa, ja ne on yhdistetty myös suuriin sukupuuttoaaltoihin. Deccan Trapsin purkaukset ajoittuvat samaan aikaan Chicxulub-asteroidin törmäyksen kanssa, mikä yhdessä johti dinosaurusten joukkosukupuuttoon. Vastaavanlaisia suuria vulkaanisia muodostumia löytyy myös Pohjois-Atlantin alueelta, missä ennen Atlantin laajenemista laavavirrat peittivät suuria alueita nykyisestä Hebridien, Irlannin, Islannin ja Itä-Grönlannin alueista.

Atlantin valtamerellä keskiselänteet muodostuvat yhdestä keskirajasta, joka jakaa uuden merenpohjan muodostamisen Pohjois-Amerikan ja Euraasian sekä Etelä-Amerikan ja Afrikan laattojen kesken. Merenrannat Atlantilla ovat pääosin passiivisia, mikä tarkoittaa, ettei niissä ole aktiivisia laattareunoja, vaan ne ovat siirtymäalueita mannerlaatan ja valtameren litosfäärin välillä. Tämä eroaa Tyynenmeren ja Intian valtameren aktiivisemmista reunavyöhykkeistä, joissa subduktio ja vulkanismi ovat yleisempiä.

Islanti on erikoistapaus, koska se sijaitsee keskiselänteellä ja sen alla on laaja magmaplumi, joka ulottuu satoja kilometrejä. Tämä tekee saaresta geologisesti aktiivisen ja tarjoaa ainutlaatuisen näkyvän esimerkin merenpohjan prosesseista. Atlantin keskiselänne on myös katkoksissa ja siirtymissä, kuten Charlie-Gibbsin halkeamavyöhykkeellä, mikä heijastaa mannerlaattojen jännitystä ja niiden liikettä pallomaisella pinnalla.

Ymmärtäessämme näitä valtamerien geomorfologisia ja vulkaanisia ilmiöitä, on olennaista huomioida, että maapallon pinnanmuodot eivät rajoitu vain maanpäällisiin kohteisiin. Valtamerien syvyyksissä tapahtuvat prosessit muovaavat planeettamme topografiaa merkittävästi ja vaikuttavat laajemmin myös ekosysteemeihin, ilmastoon ja maapallon historian suurimpiin biologisiin muutoksiin.

Miten varhaiset luonnontieteilijät muovasivat maapallon tuntemusta eri kulttuureissa?

Varhaiset luonnontieteilijät eri puolilla maailmaa pyrkivät ymmärtämään ympäröivää maapalloa ja sen ilmiöitä, vaikkakin heidän tietämyksensä oli paikallista ja rajallista verrattuna nykyaikaan. Vaikka kieli- ja etäisyysesteet rajoittivat tiedon leviämistä, eri alueiden oppineet kehittivät käsityksiä luonnonilmiöistä, kuten maanjäristyksistä, tulivuorista ja fossiileista, jotka he havaitsivat ympärillään. Esimerkiksi Välimeren rannikkoseudulla kreikkalaiset ja roomalaiset pystyivät purjehtimaan pitkin rannikkoa ja näin kartoittamaan erilaisia ympäristöjä vuoristoista autiomaihin. Heidän kirjoituksensa osoittavat, että he ymmärsivät luonnonvoimien vaikutuksia maisemaan ja osasivat yhdistellä kokemuksiaan luonnontieteellisiin havaintoihin.

Kiina oli varhain merkittävä geotieteiden alue, jossa kirjoituksissa kuvattiin muun muassa tulivuoria, maanjäristyksiä, karstimuodostelmia sekä fossiilisia kaloja jo ennen kuudetta vuosisataa. Kiinalaiset oppineet, kuten Yan Zhenqing ja Kuo Shen, esittivät jo 700- ja 1000-luvuilla ajatuksia fossiilien merellisestä alkuperästä sekä maisemien muuttumisesta veden eroosion kautta. Kuo Shen keksi myös termin "petroleum" ja ennusti raakaöljyn laajamittaisen hyödyntämisen tulevaisuudessa. Näiden tietojen rinnalla kiinalaiset tutkijat kuvasivat mineralogiaa, paleontologiaa, seismologiaa ja geomorfologiaa tavalla, joka ylitti aikansa tietämyksen monipuolisuudessa.

Islamilaisessa maailmassa kahdeksannella vuosisadalla arabialaiset oppineet alkoivat kääntää kreikkalaisia ja roomalaisia tekstejä arabiaksi, mikä mahdollisti antiikin tiedon säilymisen ja kehittämisen. Arabialaiset polymaatit, kuten Abu Raihan al-Biruni ja Ibn Sina (Avicenna), vaikuttivat ratkaisevasti geotieteiden kehittymiseen. Heidän ajattelunsa yhdisti tiukan tieteellisen tarkastelun ja uskonnollisen maailmankuvan, jossa luonnonilmiöt nähtiin Jumalan toiminnan ilmentyminä. Al-Biruni kehitti stratigrafian periaatteen ja selitti fossiilien säilymisen mineraalisten korvausten kautta. Hän myös teki tarkkoja laskelmia maapallon ympärysmitasta ja haastoi perinteisiä maailmankuvia, vaikkakin hän säilytti geosentrisen näkemyksen aurinkokunnasta.

Tämän ajan arabialaiset keskukset, erityisesti nykyisen Irakin ja Uzbekistanin alueella, olivat tieteen keskuksia, joissa tieto liikkui vapaasti ja korkeasti koulutetut oppineet kilpailivat toistensa kanssa. Heidän työnsä oli monialaista ja he sovelsivat matematiikkaa, astronomiaa, fysiikkaa ja lääketiedettä geotieteiden tukena. Tämän tiedonvälityksen ansiosta keskiajan Eurooppa sai renessanssissa käyttöönsä pitkälti arabialaisten välittämän antiikin tietämyksen, mikä käynnisti uuden tieteellisen kehityskauden.

Maapallon ja luonnonilmiöiden ymmärtäminen oli siis varhaisista ajoista lähtien monitieteistä ja kulttuurien rajat ylittävää toimintaa. Vaikka tiedon leviäminen oli hidasta, eri kulttuurien tutkijat osasivat yhdistää havaintojaan ja soveltaa niitä käytännön tarpeisiin, kuten lääketieteeseen ja kartografiaan. Myös poliittiset ja kulttuuriset olosuhteet vaikuttivat tieteen kehittymiseen, sillä esimerkiksi arabimaailmassa tiedon keräämistä ja levittämistä edisti kieliyhteisö ja valtaapitävien arvostus oppineita kohtaan.

On tärkeää ymmärtää, että varhaiset geotieteet eivät olleet vain yksittäisiä havaintoja, vaan ne sisälsivät jo systemaattisia yrityksiä selittää luonnon ilmiöitä, kehittää teoriaa ja hyödyntää tietoa käytännön tasolla. Tieto oli jatkuvasti sidoksissa sekä luonnon että yhteiskunnan muutoksiin, ja luonnontieteiden kehitys oli sidoksissa laajempiin kulttuurisiin ja filosofisiin traditioihin. Lisäksi, varhaiset tutkijat havaitsivat maapallon muutokset ajan mittaan – kuten fossiilien kertomat tarinat ja maiseman muokkaantumisen – mutta heidän käsityksensä ajan mittakaavasta olivat vielä rajallisia, mikä korostaa luonnontieteellisen ajattelun asteittaista kehitystä.

Miten tallentetaan ja käytetään koneoppimismalleja Snowflakessa?
Kuinka ymmärtää liiketoimintapäätöksiä tekevien ostajien tarpeet?
Miten luoda maukkaita ja elegantteja juhla-aterioita helposti?